聚晶金剛石屬于超硬材料,它的硬度僅次于天然金剛石,其耐磨性好,被廣泛用作拉絲模具、刀具、砂輪修正比、磨輪和地質(zhì)勘探用的鉆頭等的原材料。金剛石雖是碳的異構(gòu)體,但天然金剛石幾乎不導(dǎo)電,聚晶金剛石是將嚴(yán)格分選的人造金剛石微粉,用銅、鐵粉等導(dǎo)電材料作為黏結(jié)劑,經(jīng)常拌混合后加高壓至600MPa和1400℃燒結(jié)而成。它是一種取向紊亂、金剛石晶粒與黏結(jié)劑交錯(cuò)生長(zhǎng)的聚晶團(tuán)塊,因此整體仍有一定的導(dǎo)電性,可以進(jìn)行電火花加工,但具有一定的難點(diǎn)。
(1)電火花加工聚晶金剛石的原理 電火花加工聚晶金剛石的原理是靠火花放電時(shí)的高溫將導(dǎo)電的黏結(jié)劑熔化、氣化而蝕除掉,同時(shí)電火花的高溫使金剛石微粉“碳化”為可加工的石墨,也可能因黏結(jié)劑被蝕除掉后使整個(gè)金剛石微粒自行脫落下來,或依靠放電的爆炸效應(yīng)使金剛石微粒脫落下來,從而達(dá)到聚晶金剛石電火花加工的目的。
(2)聚晶金剛石電火花加工的疑點(diǎn)、難點(diǎn)和加工要點(diǎn)
1)聚晶金剛石的導(dǎo)電性能因其黏結(jié)劑的配方不同而有很大的差別,有的電阻率高達(dá)200Ω·cm左右,需要爆炸力強(qiáng)的電火花擊穿過程,因此宜采用400~500V較高的峰值電壓和20~50A以上的峰值電流,最好采用專用的脈沖電源,也可采用RC線路脈沖電源,用較高的開路電壓達(dá)到較大的放電間隙,電容放電時(shí),輸出較大的峰值電流,增加爆炸拋拋出力,以提高工藝指標(biāo)。
2)聚晶金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為440~580J/s·m,比銀、銅還高,因此,在采用紫銅電極加工聚晶金剛石時(shí),一定要使加工電流脈沖的前沿很陡(0.5μs以內(nèi)),以免在工具電極上傳熱損失太多。同時(shí)還可增強(qiáng)放電擊穿爆炸力,有利于電蝕產(chǎn)物的排除,從而可提高加工速度。
3)加大規(guī)準(zhǔn)的選擇特別重要,當(dāng)脈沖寬度ti小于某值時(shí),加工速度很低,電極相對(duì)損耗相當(dāng)大,基本上不能加工。加工聚晶金剛石的最佳脈寬比鋼的要大得多,這是由于其導(dǎo)熱系數(shù)比鋼也大得多。此外,它與其他粉末冶金材料有相似之處,即加工脈沖能量加大,其表面粗糙度變化不明顯。
為了避免間隙中的持續(xù)溫度太高而引起石墨化,脈沖間隙to應(yīng)選得較大,同時(shí)脈沖寬度ti也不能太大,放電加工區(qū)應(yīng)浸沒在工作液(煤油)中,否則也會(huì)產(chǎn)生金剛石聚晶石墨化的情況,使其硬度、耐磨性大大降低。
為提高脈沖能量利用率和加工速度,應(yīng)大幅度增加放電擊穿爆炸力,使粗、中加工時(shí)主要依靠放電爆炸蝕除熔副的黏結(jié)劑和聚晶金剛微粒,這時(shí)蝕除下來的聚晶金剛石微顆粒呈透明狀晶體。在精加工時(shí),為改善表面粗糙度,仍需利用電熱效應(yīng),使金剛石在局部、瞬時(shí)熱作用下碳化。